用于無線傳感的模擬信號(hào)處理和數(shù)據(jù)采集.pdf

1、隨著現(xiàn)代人們對(duì)環(huán)境,安全及健康問題的目益關(guān)注,無線傳感網(wǎng)絡(luò)逐漸成為學(xué)界研究與業(yè)界開發(fā)的熱點(diǎn)。這其中對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)研究尚處于萌芽階段,還沒有過系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。本文針對(duì)這個(gè)方向,宏觀地對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類總結(jié),而后對(duì)于兩大類傳感節(jié)點(diǎn)分別給出了設(shè)計(jì)方案和電路結(jié)構(gòu),并分析了電路設(shè)計(jì)時(shí)的各方面權(quán)衡,給出設(shè)計(jì)實(shí)例。論文首先對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行介紹,敘述了其基本概念和應(yīng)用環(huán)境,對(duì)組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)硬件的三部分子系統(tǒng)進(jìn)行了分別的功能描述。其次,對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中

2、的傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析,根據(jù)電路結(jié)構(gòu)特征提出了性能衡量指標(biāo)FOM,依照應(yīng)用環(huán)境的不同將傳感節(jié)點(diǎn)分為功耗優(yōu)先與精度優(yōu)先兩種,并分別給出了設(shè)計(jì)方案和電路結(jié)構(gòu)。而后,以溫度傳感節(jié)點(diǎn)作為功耗優(yōu)先傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案實(shí)例,依照之前提出的設(shè)計(jì)方法與電路結(jié)構(gòu),分析溫度傳感模擬前端誤差模型,實(shí)現(xiàn)提出的差值測(cè)量方式;分析了低通模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計(jì),基于Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器理論、建立過程、非理想因素、功耗和電路噪聲的總結(jié)論述,提出了一整套基于功

3、耗優(yōu)化的Sigma-Delta調(diào)制器設(shè)計(jì)流程,理論上證明了這套功耗優(yōu)化設(shè)計(jì)流程可實(shí)現(xiàn)目前已發(fā)表最高性能Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器的指標(biāo),并給出其最大效用范圍,以此為指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了10bit單環(huán)兩階Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器。同時(shí),以生物醫(yī)療傳感節(jié)點(diǎn)作為精度優(yōu)先傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案實(shí)例,同樣按照之前提出的設(shè)計(jì)方法與電路結(jié)構(gòu)為依據(jù),介紹了作為生物醫(yī)療傳感模擬前端的電極輸出信號(hào)特征;分析了預(yù)處理模塊電路,完成了預(yù)想的將微弱生物醫(yī)療傳感信號(hào)

4、加載到高頻再放大的處理方案,成功克服了1/f噪聲帶來的影響,體現(xiàn)出極高精度的設(shè)計(jì)思路;分析了帶通Sigma-Delta調(diào)制器噪聲傳遞函數(shù)零點(diǎn)優(yōu)化和環(huán)路穩(wěn)定性,完成了功耗優(yōu)化Sigma-Delta調(diào)制器設(shè)計(jì)流程,添加噪聲傳遞函數(shù)零點(diǎn)優(yōu)化方案,設(shè)計(jì)出單環(huán)四階帶通81dB動(dòng)態(tài)范圍Sigma-Delta調(diào)制器。最后,對(duì)溫度傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了流片測(cè)試,并將測(cè)試結(jié)果與已有文獻(xiàn)做了比較,證實(shí)了功耗優(yōu)先傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案的有效性;將生物醫(yī)療傳感節(jié)點(diǎn)流片測(cè)試結(jié)